无机非金属资料报告

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1、-无机非金属材料报告铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的研究进展学院：材料学院方向：金属学生姓名：薛婷汪佩卢继方刘振锋2012年12月.---摘要随着科技的发展，人们对材料的各种性能都提出更高的要求。与金属材料和高分子材料相比，新型陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐腐蚀、耐高温等特性。压电陶瓷是一种能将压力转变为电能的功能陶瓷，因此，能够在各个领域中得到广泛应用。目前使用的压电铁电陶瓷主要是以Pb(Zr1-xTix)03为代表的铅基压电铁电陶瓷，传统铅基陶瓷中PbO(或Pb304)的含量约占原料总量的70％，在生产、使用及废弃后处理过程中会给人

2、类和生态环境造成严重损害。迄今为止，见诸报道或可被考虑的无铅压电陶瓷体系主要有3大类，即钨青铜系、铋层状结构系和钙钛矿系无铅压电陶瓷。本报告主要就KNN陶瓷的组分设计、制备方法、应用、前景展望进行阐述。关键词：压电陶瓷无铅应用.---目录摘要I目录II第一章前言1第二章组分设计42.1K／Na比对KNN体系性能的影响112.2离子取代对KNN体系性能的影响122.3添加第三组元对KNN体系性能的影响14第三章制备方法163.1溶胶凝胶法163.2　微波水热法163.3熔盐法17第四章应用24第五章前景展望参考文献25.---第一章前

3、言当代科技文明都与新材料的发明及应用分不开。同时工业技术的发展又不断向材料研究工作者提出新的课题，不断需求性能超越现有材料的新材料。与金属材料和高分子材料相比，新型陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐腐蚀、耐高温等特性。近些年来，在开发新能源和有效利用石油能源的呼声中，发达国家相继掀起了新型陶瓷材料研究开发的热潮。新型陶瓷材料在性能上有其独特的优越性。在热性能和机械性能方面，有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等特点：在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等特点；在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能；在生物方面，具有一定生物相容性能，可作

4、为生物结构材料等。压电陶瓷是一种能将压力转变为电能的功能陶瓷，就像声波震动产生的微小压力也能够使其发生形变，从而使陶瓷表面带电[1]。压电陶瓷是一种具有能量转换功能的陶瓷，在机械力的作用下发生形变时，会引起表面带电。带电强度的大小，可以和施加电场的强度成正比，也可以成反比。因此，能够在各个领域中得到广泛应用。在制造生产压电陶瓷过程中，对原材料有着很严格的要求，在晶体结构上应当是不具有对称中心的晶体。经过选择，氧化铅、氧化锆、氧化钛、氧化铌、氧化镁、氧化锌以及碳酸钡等金属化合物最为适合。将这些原料在高温下致密烧结，然后，在直流高压电场

5、下进行极化处理，就可以得到各种具有能量转换、传感、驱动和频率控制功能的压电陶瓷制品。生物医学工程是压电陶瓷应用的重要领域，可以用来制作探测人体信息的压电传感器和进行压电超声治疗。当压电陶瓷发出的超声波在人体内传输时，体内各种不同组织对超声波有不同的发射和透射作用，反射回来的超声波经压电陶瓷接收器转换成电信号并显示在屏幕上，据此就可以检查内脏组织的情况，判断是否发生病变。进入人体的超声波达到一定强度时，能使组织发热并轻微震动，这种作用可以对一些疾病起到治疗作用。目前使用的压电铁电陶瓷主要是以Pb(Zr1-xTix)03为代表的铅基压电

6、铁电陶瓷，传统铅基陶瓷中PbO(或Pb304)的含量约占原料总量的70％，在生产、使用及废弃后处理过程中会给人类和生态环境造成严重损害。近年来，随着人们生态环保意识的提高和国际社会可持续发展战略的实施，许多国家政府相继出台政策禁止在电子产品中有铅元素的存在，压电铁电陶瓷无铅化的研究正逐渐成为该领域的研究热点之一[3,4]。因此，研究和开发无铅压电铁电陶瓷是一项紧迫的、具有重大社会经济意义的课题。.---国际新材料科学技术工作者为无铅压电铁电陶瓷(以下简称为无铅压电陶瓷)的发展进行了长期不懈的努力，并已取得了显著的研究成果。迄今为止，

7、见诸报道或可被考虑的无铅压电陶瓷体系主要有3大类，即钨青铜系、铋层状结构系和钙钛矿系无铅压电陶瓷[9-13]。铋层状压电陶瓷是由二维的钙钛矿和(Bi2O2)层有规律的相互交替排列而成。其特殊的层状结构决定了有以下特性[3]：低介电常数、高居里温度、机电耦合系数各向异性明显、高电阻率、低老化率、大的介电击穿强度以及低烧结温度等。这些特性决定了该陶瓷特别适合应用于高温高频场合，从而解决了高功率共振下PZT压电陶瓷性能不稳定的缺陷。然而，铋层状压电陶瓷有它自身的缺点：一是矫顽场(Ec)过高，不利于极化；二是压电活性低。BaTiO3基压电陶

8、瓷，具有很高的介电常数、较大的机电耦合系数和压电常数、中等的机械品质因数和较小的损耗等特点。其主要用作电容器材料及热敏电阻(PTC)材料等方面。虽然BaTiO3陶瓷是目前研究相当成熟的压电陶瓷，但存在以下方面的不足[4]：其压电铁电性